[發明專利]一種測試探測器像元內不均勻性的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710703816.4
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107449587B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 邱鵬;賈磊;鄒思成;王建峰;兀穎;張鑫;蘆嘉裕;陳騰;曾顯群;李陶然
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺;中國科學院大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發明主要屬于天文觀測領域，具體涉及一種測試探測器像元內不均勻性的裝置及方法。所述裝置包括點光源系統和運動平臺；所述運動平臺使得待測的探測器在XYZ三維方向上運動；所述點光源系統提供小于探測器像元尺寸的像斑，運動平臺置于點光源系統一側，所述點光源在所述點光源系統的探測器像元內成像。本發明提供了測量探測器像內不均勻性的裝置和方法，使用該裝置和方法可以測量探測器像元內不均勻性，便于篩除均勻性較差的探測器，同時測量得到的數據可作為探測器拍攝目標圖像的校準使用。

技術領域

本發明主要屬于天文觀測領域，具體涉及一種測試探測器像元內不均勻性的裝置及方法。

背景技術

光學波段的天文觀測主要有測光觀測和光譜觀測，事實上，實測天文學是一門追求極致的學科，對設備有很高的要求，為了提高觀測目標的信噪比，往往需要深度制冷探測器來降低暗噪聲；探測器需要有很高的量子效率、很低的讀出噪聲；要求有很好線性響應、像元間響應均勻性等光電特性。

目前專業天文觀測領域首選的光學探測器依然是CCD，它具有動態范圍大、空間分辨率高、線性好、噪聲低等優勢，能夠滿足天文觀測對探測器的要求。作為工作原理和CCD相同的另一種光學探測器CMOS，與科學級背照明CCD相機相比，傳統CMOS相機量子效率低、填充因子低、動態范圍小、噪聲高，所以沒有被廣泛應用于專業天文觀測中。近十幾年CMOS技術迅速發展，使其性能得到了有效提升，在民用領域，CMOS已經基本取代了CCD成為主流，在專業天文觀測領域，國內外的一些CMOS研發廠商已經推出了科學級背照式CMOS芯片，它們具有高量子效率、高幀頻、低噪聲、無需機械快門、功耗低等特點。

但CCD和CMOS是一種大規模半導體集成器件，生產工藝相當復雜，在生產制造過程中，難免產生摻雜濃度的不均勻、沉淀厚度的差異，以及光刻誤差，一旦制成成品，這種先天性的缺陷就無法改變，從而引入了固定模式的噪聲，表現為像元響應的不均勻性等，因器件而異，所以對于天文觀測等高精度應用而言，需要在使用前對探測器進行實際測量，一方面篩除均勻性較差的探測器，另一方面測試探測器的不均勻性數據可以對后續觀測結果加以補償。

現有關于探測器不均勻性的研究都是對探測器像元間響應不均勻性進行測試，即靶面上像元間的不均勻性，但不同類型探測器的像元結構也不盡相同，比如CMOS像元內有相對復雜的電路結構，這部分并不感光，所以當光線照在上面，就不會發生光電效應激發出電子，傳統的CMOS填充因子只有30％、40%，通過在芯片表面添加微透鏡可以將填充因子提高到90%以上，這種結構對天文測光觀測到底有何影響，需要測試；最新技術下的背照式科學級CMOS相機的填充因子可以達到100%，但是像元內依然有電路結構，這些結構對像元感光是否具有影響，對哪些波段的光有影響，都需要測試。事實上，相同類型的探測器，如全幀CCD相機，由于材料和制造工藝的不同，像元內不均勻性也不盡相同。現今，2米級空間望遠鏡，4米級、8米級、12米級等大口徑地基望遠鏡都需要CCD拼接的大尺寸焦面相機，如何甄選性能優質的CCD芯片進行拼接是我們需要解決的一個問題。現有的研究并沒有意識到像元內不均勻性對觀測結果的影響，也缺少對像元內不均勻性檢測的設備和方法。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種測試探測器像元內不均勻性的裝置及方法。該裝置利用穩定的點光源，使點光源在探測器的像元內不同位置成像，分析像斑流量和橢率的變化，通過測試一系列像元，來評測探測器像元內的不均勻性。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種測試探測器像元內不均勻性的裝置，所述裝置包括點光源系統和運動平臺；

所述運動平臺使得待測的探測器在XYZ三維方向上運動；

所述點光源系統提供小于探測器像元尺寸的像斑，即像斑80%的能量集中在一個像元內，通常在測試過程中，我們也會將像斑的半高全寬調節成1.5、2.0像元左右，模擬真實觀測情況下的像元內相應的不均勻性，運動平臺置于點光源系統一側，所述點光源在所述點光源系統的像元內成像。